第7章-同步电动机调速系统[章节讲课].ppt
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1、第七章 同步电动机调速系统及其仿真,第一节 同步电动机的分类及其调速原理 第二节 正弦波永磁同步电动机调速系统 第三节 方波永磁同步电动机调速系统 第四节 负载换相同步电动机调速系统 第五节 大功率同步电动机交-交变频调速技术,1,章节课件,第一节 同步电动机的结构及其调速原理,同步电动机的特点 : 1、n与f 保持严格的同步关系,与负载大小无关; 2、改变I f可以调节同步电动机的功率因数; 3、存在启动困难和重载时失步的缺点 。,一、同步电动机的结构 1、结构: 定子:定子铁心、三相对称绕组以及机座和端盖等部件组成 。(与异步机定子结构基本相同) 转子:有两种结构形式,隐极式和凸极式。,2
2、,章节课件,3,章节课件,4,章节课件,5,章节课件,6,章节课件,7,章节课件,8,章节课件,自控式同步电机变频调速也是通过改变电磁转矩的大小和方向来调节转速。电磁转矩和电机的定、转子电流有关。调节定子电流大小或相位及转子磁动势的大小就可以达到调速的目的。,系统能从根本上消除同步电机转子振荡和失步问题。因为:给电机定子供电的变频装置的输出频率受转子位置检测器的控制,即定子旋转磁场的转速与转子旋转的转速相等,始终保持同步,不会由于负载冲击等原因造成失步现象。,控制单元作用:判断转子的位置和转速,按一定控制策略产生控制信号,控制变频器输出三相电流(电压)的频率、幅值和相位,使同步转速跟踪转子转速
3、。,9,章节课件,10,章节课件,11,章节课件,12,章节课件,13,章节课件,图7-6 永磁同步电动机控制系统的结构原理图,(1)变频器 电流矢量:由转子位置检测器和矢量变换器完成。,14,章节课件,15,章节课件,特点:(a)结构简单、工作可靠、响应快、谐波小,常用于高性能的交流伺服系统中。 (b)开关器件的开关频率在一个周期内差别很大,开关频率高的那一段,跟踪性能好;而开关频率低的那段,电流的跟踪性能差,影响了跟踪精度。 (c)过高的开关频率会使功率开关器件难以承受。,其工作原理是: 当(HB滞环宽度)时,VT1关断, VT4导通,电 机接电压-U, 下降;当 时, VT1导通, VT
4、4 关断,电机接+U, 上升。通过VT1 、 VT4的交替通断, 使 HB,达到跟踪目的。,怎么解决?,16,章节课件,17,章节课件,18,章节课件,正向电动:电流调节器输出,经滞环跟踪型PWM逆变器,输 出三相对称交流电到永磁同步电机的三相绕组中,永磁同步 电机产生与电流幅值成正比的电磁转矩,使电机正向旋转。,正向制动:采用回馈制动。正向电动时,速度调节器给定为“+”,输出为“-”。变到正向制动后,输出变为“+”,使三相给定电流反相,即电流合成矢量由原来的超前 d 轴90变为滞后 d 轴90,转矩方向反向,变成制动转矩,使电动机处于制动状态。,19,章节课件,20,章节课件,21,章节课件
5、,22,章节课件,(a)主回路原理图 (b)转子位置检测信号 (c)定子电流及换相关系 图7-9 转子位置检测信号、定子电流及换向关系,23,章节课件,24,章节课件,25,章节课件,图7-10 方波永磁同步电动机调速系统原理框图,控制系统包括:典型的速度、电流双闭环调节环节(类似于 直流调速系统);PWM发生器及逻辑控制单元。,26,章节课件,变频器:为交-直-交电压型PWM变频器,可选用GTR、 IGBT 或P-MOSFET等全控型电力电子器件。 任务:在PWM作用下产生三相互差120电角度的方波电流。 能耗制动:电阻 Rh 及开关 VT 为电机能耗制动提供回路。,1、主回路组成 (1)变
6、频器,(2)转子位置检测器 完成对转子位置的检测,发出换相信号,调速时对直流电压 进行PWM控制。 电机的方波电流与转子位置有严格的对应关系,受转子磁极 位置检测信号的控制。 本系统采用磁敏式转子位置检测器。,27,章节课件,28,章节课件,(2)PWM信号的分配和系统的运行原理,(a)转子位置检测器输出波形 (b)逆变器功率开关的导通信号,29,章节课件,须经过运行状态(正转、反转,电动、制动)判别 后,再经逻辑控制单元把使能信号与PWM信号分配给 各个功率管,使能信号与PWM相“与”后,输出到驱动 电路,控制相应功率管的导通与关断。,(c)三相电流波形 图7-12 正转电动时系统有关信号的
7、波形,30,章节课件,正向制动:当从正向电动向正向制动转变时,ur信号由 正变到零再到负,它改变方波电流的幅值,即改变转矩 的大小,而未改变转矩的方向。改变同一磁极下电枢电 流的方向(即通过改变逆变器功率管的导通次序,来改 变电机的转矩方向。即:正向电动时VT1导通的时刻, 由VT4导通来代替,使电枢电流反向;其它桥臂也要求 同样互换,电机就会产生正向制动转矩(注意:正向制 动时三相电流的相序并未改变,实际上只是相位提前 180电角度)。,由于方波永磁同步电机属于交流电机的性质,电机反向电动运 行时,只需改变三相方波的相序即可。(注意:当电反转时, 转子位置控测器的三个位置信号的相序也发生了变
8、化。,31,章节课件,图7-13 负载换相同步电动机调速系统原理结构图,这种利用负载(同步机)换向的晶闸管逆变器同步电机调速系统,在工作 原理、特性及调速方式上类似于直流电机系统,但没有电刷和换向器,也 称“无换向器电动机”。,第四节 负载换相同步电动机调速系统,一、负载换相同步电动机的类型,32,章节课件,(a) 直流电动机 (b) 负载换相电动机 图7-14 负载换相同步电动机与直流电动机的对比电路,二、负载换相同步电动机的调速原理,如图7-14(b)所示,电枢绕组及变流器静止不动, 而磁极是旋转的 。,33,章节课件,34,章节课件,进一步将机械换向器用半导体“开关”来代替,并依次 触发
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